。高致嵩亲临前线，协同各级指挥员，沉着指挥，激战多日，使日军损失惨重，不能前进一步，而中国军队阵地岿然不动。这一仗狠狠打击了日本侵略军，鼓舞了全国人民的抗战信心，在国际上，为中国赢得了荣誉。
此后，高致嵩继续随部战斗在江湾、闸北一带。在一次战斗中，不幸腿部中弹受伤，被送往后方医院治疗。伤愈后，1933年调任湖北省保安团营长。在参加“围剿”鄂豫皖工农红军的作战中，曾两度负伤，被转送到杭州仁爱医院治疗。伤愈后，1934年投奔浙江省保安处处长兼浙赣皖边区“剿匪”司令官俞济时，升任浙江省保安处补充团上校团长，后改任第三团团长。1934年10月至1935年1月，参加“围剿”方志敏、寻淮洲、粟裕率领的红军北上抗日先遣队。
1937年7月7日卢沟桥事变发生，日军侵占平津。8月，日军在上海挑起虹桥机场事件，大举进攻上海，“八一三”淞沪会战爆发。时高致嵩奉命率领浙江省一个保安团增援上海战场，编入88师264旅，隶属于第九集团军（总司令为张治中）序列。14日，264旅与日军展开激烈的巷战，在攻占爱国女子大学的战斗中，旅长黄梅兴不幸中炮牺牲，高致嵩升任第264旅少将旅长。
高致嵩率部在大场、江湾一线，与敌激战两个多月，常实施夜间突袭，或开展白刃肉搏，击毙日军甚众。10月，奉命转守上海北站。11月5日，日军在杭州湾登陆，对上海中国守军形成包围之势，高致嵩奉命率部撤离上海，向西转移。旋奉命率部参加南京保卫战，负责防守南京中华门外雨花台左翼阵地。
12月7日，日军逐渐占领了南京外围阵地。11日晨，日军向雨花台264旅阵地发起猛攻。高致嵩指挥部队沉着应战，多次打退敌人的进攻，并多次亲率奋勇队逆袭，与冲入中国军队阵地的日军展开白刃格斗，日军尸横满地，中国军队伤亡亦惨重，但阵地却岿然不动。12日，日军调集百余架飞机，数十门大炮，配合第六师团主力数千人向雨花台阵地发起猛攻。高致嵩鼓励官兵“誓与阵地共存亡”，指挥部队拼死抵抗。无奈因部队伤亡过大，且又无援兵，弹粮俱缺，雨花台阵地全部被敌重炮摧毁，高致嵩所部数千人大部壮烈殉国。高致嵩牺牲时，年仅38岁。
国民政府为表彰其抗日救国、壮烈牺牲的事迹，特追赠高致嵩为陆军中将。1986年、1987年，江西省人民政府、浙江省人民政府追认高致嵩为革命烈士。